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1、對(duì)超塑性成型的認(rèn)識(shí)一.超塑性的簡介及發(fā)展歷史 超塑性是指材料在一定的內(nèi)部（組織）條件?。ㄈ缇Я３叽缂靶螤?、相變等)和外部(環(huán)境)條件下(如溫度、應(yīng)變速率等)，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能(如大的延伸率)的現(xiàn)象。超塑性的特點(diǎn)有大延伸率，無縮頸（小縮頸），小應(yīng)力，易成形。 超塑性合金是指那些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現(xiàn)象。具有超塑性的合金能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不會(huì)斷裂。金屬的超塑性現(xiàn)象，是英國物理學(xué)家森金斯在1982年發(fā)現(xiàn)的，他給這種現(xiàn)象做如下定義：凡
2、金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ù蠹s相當(dāng)于金屬熔點(diǎn)溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應(yīng)變速度10毫米秒時(shí)產(chǎn)生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性?！ ∽畛醢l(fā)展的超塑性合金是一種簡單的合金，如錫鉛、鉍錫等。一根鉍錫棒可以拉伸到原長的19.5倍，然而這些材料的強(qiáng)度太低，不能制造機(jī)器零件，所以并沒有引起人們的重視?！ ?0年代以后，研究者發(fā)現(xiàn)許多有實(shí)用價(jià)值的鋅、鋁、銅合金中也具有超塑性，于是前蘇聯(lián)、美國和西歐一些國家對(duì)超塑性理論和加工發(fā)生了興趣。特別在航空航天上，面對(duì)極難變形的鈦合金和高溫合金，普通的鍛造和軋制等工藝很難成形，
3、而利用超塑性加工卻獲得了成功。到了70年代，各種材料的超塑性成型已發(fā)展成流行的新工藝?！ ‖F(xiàn)在超塑性合金已有一個(gè)長長的清單，最常用的鋁、鎳、銅、鐵、合金均有10～15個(gè)牌號(hào)，它們的延伸率在200～2000％之間。如鋁鋅共晶合金為1000％，鋁銅共晶合金為1150％，純鋁高達(dá)6000％，碳和不銹鋼在150～800％之間，鈦合金在450～1000％之間?！ ?shí)現(xiàn)超塑性的主要條件是一定的變形溫度和低的應(yīng)變速率，這時(shí)合金本身還要具有極為細(xì)小的等軸晶粒（直徑五微米以下），這種超塑性稱為超細(xì)晶粒超塑性。還有一些鋼，在一定的
4、溫度下組織中的相發(fā)生轉(zhuǎn)變，在相變點(diǎn)附近加工也能完成超塑性，稱為相變超塑性?！ 〕芗庸ぞ哂泻艽蟮膶?shí)用價(jià)值，只要很小的壓力就能獲得形狀非常復(fù)雜的制作。試想一下，金屬變成了飴糖狀，從而具有了可吹塑和可擠壓的柔軟性能，因此過去只能用于玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工藝被沿用過來，用以對(duì)付難變形的合金。而這時(shí)所需的壓力很小，只相當(dāng)于正常壓力加工時(shí)的幾分之一到幾十分之一，從而節(jié)省了能源和設(shè)備。使用超塑性加工制造零件的另一優(yōu)點(diǎn)是可以一次成型，省掉了機(jī)械加工、鉚焊等工序，達(dá)到節(jié)約原材料和降低成本的目的。在模壓超塑性合金薄板
5、時(shí)，只需要具備一種陰?；蜿柲＜纯桑?jié)省一半模具費(fèi)用。超塑性加工的缺點(diǎn)是加工時(shí)間較長，由普通熱模鍛的幾秒增至幾分鐘。 超塑性的鋁合金已經(jīng)商品化，如英國的Supral100（Al—6Cu—0.4Zr）和加拿大的Alcan08050（Al—5Ca—5Zn）。鋁板可在300～600℃時(shí)利用超塑性成型為復(fù)雜形狀，所用模具費(fèi)用降低至普通壓力加工模具費(fèi)用的十分之一，因此它具有和薄鋼板、鋁壓鑄件及塑料模壓件相競爭的能力?！ ?jù)推測，最近超塑性成形工藝將在航天、汽車、車廂制造等部門中廣泛采用，所用的超塑性合金包括鋁、鎂、鈦、碳
6、鋼、不銹鋼和高溫合金等二.超塑性的發(fā)展方向近年來超塑性在我國和世界上主要的發(fā)展方向主要有如下三個(gè)方面：1.先進(jìn)材料超塑性的研究，這主要是指金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物、陶瓷等材料超塑性的開發(fā)，因?yàn)檫@些材料具有若干優(yōu)異的性能，在高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而這些材料一般加工性能較差，開發(fā)這些材料的超塑性對(duì)于其應(yīng)用具有重要意義；2.高速超塑性的研究：提高超塑變形的速率，目的在于提高超塑成形的生產(chǎn)率；3.研究非理想超塑材料（例如共貨態(tài)工業(yè)合金）的超塑性變形規(guī)律，探討降低對(duì)超塑變形材料的苛刻要求，而提高成形件的質(zhì)量
7、，目的在于擴(kuò)大超塑性技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其發(fā)揮更大的效益。三.超塑性的分類：早期由于超塑性現(xiàn)象僅限于Bi-Sn和Ai-Cu共晶合金、Zn-Al共析合金等少數(shù)低熔點(diǎn)的有色金屬，也曾有人認(rèn)為超塑性現(xiàn)象只是一種特殊現(xiàn)象。隨著更多的金屬及合金實(shí)現(xiàn)了超塑性，以及與金相組織及結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來研究以后，發(fā)現(xiàn)超塑性金屬有著本身的一些特殊規(guī)律，這些規(guī)律帶有普遍的性質(zhì)。而并不局限于少數(shù)金屬中。因此按照實(shí)現(xiàn)超塑性的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)等）一般分為以下幾種1.恒溫超塑性或第一類超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特點(diǎn)也稱之為微細(xì)晶粒超塑性。1.
8、一般所指超塑性多屬這類超塑性，其特點(diǎn)是材料具有微細(xì)的等軸晶粒組織。在一定的溫度區(qū)間（Ts≥0.5Tm，Ts和Tm分別為超塑變形和材料熔點(diǎn)溫度的絕對(duì)溫度）和一定的變形速度條件下（應(yīng)變速率在10-4~10-1/S之間）呈現(xiàn)超塑性。這里指的微細(xì)晶粒尺寸，大都在微米級(jí)，其范圍在0.5～5μ之間。一般來說，晶粒越細(xì)越有利于塑性的發(fā)展，但對(duì)有些材料來說（例如Ti合金）晶粒尺寸達(dá)幾十微米時(shí)仍有很好的
